2第二章--地球的物理性質和圈層結構解析

1、1第二章第二章 地球的物理性質和圈層結構地球的物理性質和圈層結構2第第一一節(jié)節(jié) 地球的密度與彈性地球的密度與彈性一一 地球的形狀和大小地球的形狀和大小 形狀：形狀：象一個象一個“梨子梨子”，赤道半徑比，赤道半徑比兩極半徑大兩極半徑大21.36km，（分別為，（分別為6378.1km和和6356.8km），且南半球要比），且南半球要比北半球北半球“膨大膨大”一些，南極內凹約一些，南極內凹約30m，北極外凸約北極外凸約10m。 體積：體積：1.08321012km3 表面積：表面積：5.1007108km2（5.1億億km2） 質量：質量：（5.97420.0006）1024kg （60萬億億噸）

2、萬億億噸）3密度與壓力密度與壓力 （一）密度（一）密度 平均密度：平均密度：5.516g/cm3據布倫的研究：地殼表層的密度：據布倫的研究：地殼表層的密度：2.7g/cm3 地內地內33km處：處：3.32g/cm3 ；2885公里處：公里處：自自5.56陡增至陡增至9.98g/cm3 6371公里處：公里處：12.51g/cm3 （二）壓力（二）壓力 地球內部的壓力是指不同地球內部的壓力是指不同深度處單位面積上的壓力，實質上是壓深度處單位面積上的壓力，實質上是壓強，強，地內壓力隨深度而增大：地內壓力隨深度而增大：地下地下10km處：處：壓力約為壓力約為3103atm,約約304kpa莫霍面莫

3、霍面（33km處）：約為處）：約為10103atm 約約1200Mpa古登堡面古登堡面（2885km處）：約為處）：約為150103atm ，13.52萬兆帕萬兆帕地心地心壓力壓力：36.17萬兆帕萬兆帕（1大氣壓大氣壓101.3kpa）4第一節(jié)第一節(jié) 地球的密度與彈性地球的密度與彈性 六六 地球的彈塑性地球的彈塑性 （一）彈性（一）彈性 地震波能在地球內部傳播，表明地球具彈性。地震波能在地球內部傳播，表明地球具彈性。 此外，精確儀器測量表明，固體地球表面在日、月此外，精確儀器測量表明，固體地球表面在日、月引力作用下也有周期性交替漲落現(xiàn)象，其幅度為引力作用下也有周期性交替漲落現(xiàn)象，其幅度為71

4、5米，這種現(xiàn)象稱為米，這種現(xiàn)象稱為固體潮固體潮。 5六六 地球的彈塑性地球的彈塑性 （一）彈性（一）彈性 （二）塑性（二）塑性 巖石能彎曲表明地球具塑性。此外，地球自轉的慣性離心力巖石能彎曲表明地球具塑性。此外，地球自轉的慣性離心力能使能使地球赤道半徑加大地球赤道半徑加大而成為橢球體也表明地球具有塑性。而成為橢球體也表明地球具有塑性。 地球具彈塑性是地內物質能發(fā)生變形、運動和移位的重要原地球具彈塑性是地內物質能發(fā)生變形、運動和移位的重要原因。因。 6第二節(jié)第二節(jié) 地球的重力地球的重力 二二 地球的重力與重力異常地球的重力與重力異常 （一）重力和重力場（一）重力和重力場 1 重力（重力（grav

5、ity）：是指地球質量對物體產生的引力和該物是指地球質量對物體產生的引力和該物體隨著地球自轉而引起的慣性離心力的合力體隨著地球自轉而引起的慣性離心力的合力 。 2 重力場：重力場：地球內部及其附近存在的受重力作用的空間。地球內部及其附近存在的受重力作用的空間。 (二二) 重力異常重力異常 1 正常重力值正常重力值：地表上某一緯度上相當于地表上某一緯度上相當于平均海平面高度平均海平面高度的的（理論）重力值。（理論）重力值。 go=9.780318（1+0.0053024sin2-0.0000058sin2 (2)）(為緯度為緯度)7 (二二) 重力異常重力異常 2 重力異常：重力異常：往往在現(xiàn)場

6、實測的重力值多數與正常重力值不往往在現(xiàn)場實測的重力值多數與正常重力值不符，且有一定的偏差，這種現(xiàn)象稱為重力異常。符，且有一定的偏差，這種現(xiàn)象稱為重力異常。 其原因有二：其原因有二：測點不一定位于平均海平面上；測點與測點不一定位于平均海平面上；測點與平均海平面之間有剩余物質（如測點在高山上）。平均海平面之間有剩余物質（如測點在高山上）。 3 重力校正重力校正：將重力值校正到相當于平均海平面高度上的重將重力值校正到相當于平均海平面高度上的重力值的過程（校正后的值與正常值偏離的部分稱力值的過程（校正后的值與正常值偏離的部分稱“重力異常重力異常值值”）。重力校正又稱為重力校正又稱為布格校正布格校正，可

7、分為可分為高程校正高程校正和和中間層中間層校正。校正。 凡是校正后的重力值大于正常重力值的稱凡是校正后的重力值大于正常重力值的稱正異常正異常，反之為，反之為負負異常異常。大陸部分物質密度小，多為。大陸部分物質密度小，多為（正負異常？）（正負異常？）；大洋部；大洋部分物質密度大，大洋部分為分物質密度大，大洋部分為（正負異常？）（正負異常？）。 8第三節(jié)第三節(jié) 地球的磁場地球的磁場 地球的磁性地球的磁性 (一一) 地磁場和地磁要素地磁場和地磁要素 1 地磁場：地磁場：地球周圍存在的受磁力作用的空間。地磁場近似地球周圍存在的受磁力作用的空間。地磁場近似于一個放置于地心的磁棒所產生的磁偶極子磁場，它的

8、南極位于一個放置于地心的磁棒所產生的磁偶極子磁場，它的南極位于地理北極附近，北極位于地理南極附近，但并不重合，有于地理北極附近，北極位于地理南極附近，但并不重合，有150的夾角，并圍繞地理極附近進行緩慢遷移的夾角，并圍繞地理極附近進行緩慢遷移。9第三節(jié)第三節(jié) 地球的磁場地球的磁場 地球的磁性地球的磁性 (一一) 地磁場和地磁要素地磁場和地磁要素 2 地磁三要素：地磁三要素：磁偏角、磁傾角、磁場強度磁偏角、磁傾角、磁場強度 （1）磁偏角（）磁偏角（declination）：）：磁子午線與地理子午線的夾磁子午線與地理子午線的夾角，也就是磁場強度矢量的水平投影與正北方向的夾角。角，也就是磁場強度矢量

9、的水平投影與正北方向的夾角。 我國大部分地區(qū)為我國大部分地區(qū)為西偏西偏，甘肅九泉以西多為東偏。，甘肅九泉以西多為東偏。10 地球的磁性地球的磁性 (一一) 地磁場和地磁要素地磁場和地磁要素 （2）磁傾角：）磁傾角：是磁場強度矢量與水平面間的夾角。通常以磁是磁場強度矢量與水平面間的夾角。通常以磁場強度矢量指向下為正值，指向上為負值，在赤道為場強度矢量指向下為正值，指向上為負值，在赤道為00。由磁。由磁赤道到磁赤道到磁北極北極磁傾角由磁傾角由00變變900。 （3）磁場強度（磁感應強度）：）磁場強度（磁感應強度）：是指磁場強度矢量的絕對值，是指磁場強度矢量的絕對值，地球平均為地球平均為50t（微特

10、斯拉），在赤道附近最小，為（微特斯拉），在赤道附近最小，為30t 。11（二）地磁場的組成（二）地磁場的組成 地磁場由地磁場由基本磁場、變化磁場基本磁場、變化磁場和和磁異常磁異常三個部分組成三個部分組成 1 基本磁場：基本磁場：占地磁場占地磁場99以上，是構成地磁場主體的穩(wěn)以上，是構成地磁場主體的穩(wěn)定磁場，其強度隨遠離地表而減弱，這一特點說明了基本磁場定磁場，其強度隨遠離地表而減弱，這一特點說明了基本磁場起源于地球起源于地球內部外部？內部外部？。 2 變化磁場：變化磁場：是指起源于地球外部并疊加在基本磁場上的各是指起源于地球外部并疊加在基本磁場上的各種短期變化的磁場，主要是由太陽輻射、帶電粒子

11、流、黑子活種短期變化的磁場，主要是由太陽輻射、帶電粒子流、黑子活動等因素所引起的。有日變化、年變化、長期性變化和突然性動等因素所引起的。有日變化、年變化、長期性變化和突然性變化以及磁暴等。變化以及磁暴等。 3 磁異常：磁異常：是地球淺部具有磁性的礦物和巖石所引起的局部是地球淺部具有磁性的礦物和巖石所引起的局部磁場疊加在基本磁場之上的部分。磁場疊加在基本磁場之上的部分。因此，利用磁異?？蛇M行找因此，利用磁異常可進行找礦勘探和了解地下的地質情況，礦勘探和了解地下的地質情況， 古地磁（古地磁（paleomagnetism）：）：是地質歷史時期的地磁場。是地質歷史時期的地磁場。12第四節(jié)第四節(jié) 地球的

12、圈層結構和圈層耦合地球的圈層結構和圈層耦合 大量資料充分證明，地球不是一個均質體，它具有明顯的圈大量資料充分證明，地球不是一個均質體，它具有明顯的圈層結構，而且各圈層之間的物理化學性質和物質運動狀態(tài)的差異層結構，而且各圈層之間的物理化學性質和物質運動狀態(tài)的差異較大。較大。一、地球內部圈層劃分一、地球內部圈層劃分 地震波：地震波：是地震所激發(fā)出的彈性波在地球中傳播的結果，包括是地震所激發(fā)出的彈性波在地球中傳播的結果，包括縱波（縱波（P）、橫波（）、橫波（S）和面波（）和面波（L），其中前兩者最有意義。其中前兩者最有意義。（1）縱波原波：）縱波原波：質點振動方向與地震波傳播方向一致的波。質點振動方

13、向與地震波傳播方向一致的波。 特點是：特點是：能在能在固、液固、液和和氣態(tài)氣態(tài)中傳播，比橫波速度快，是橫波的中傳播，比橫波速度快，是橫波的1.73倍。倍。 13第四節(jié)第四節(jié) 地球的地球的圈層圈層結構和圈層耦合結構和圈層耦合一、地球內部圈層劃分一、地球內部圈層劃分 （2）橫波次波（）橫波次波（S）：）：是指質點振動方向與地震波傳播方是指質點振動方向與地震波傳播方向垂直的波。向垂直的波。特點：特點：只能在只能在固態(tài)固態(tài)中傳播。中傳播。 當當遇到不同介質的突變界面時，地震波射線就會發(fā)生反射和遇到不同介質的突變界面時，地震波射線就會發(fā)生反射和折射，而且其傳播速度也會發(fā)生變化，這界面稱為折射，而且其傳播

14、速度也會發(fā)生變化，這界面稱為波速不連續(xù)波速不連續(xù)界面。界面。14一、地球內部圈層劃分一、地球內部圈層劃分 （3）面波面波(L)：最后到達的地震波，沿地球表面?zhèn)鞑?，像波最后到達的地震波，沿地球表面?zhèn)鞑?，像波浪起落浪起? 是破壞性最強的地震波。是破壞性最強的地震波。 15 一一 地球內部圈層的劃分地球內部圈層的劃分 1 地球內部主要波速不連續(xù)界面地球內部主要波速不連續(xù)界面 大量研究發(fā)現(xiàn)，地震波速隨深度而大量研究發(fā)現(xiàn)，地震波速隨深度而遞增，在地球內部出現(xiàn)了遞增，在地球內部出現(xiàn)了2個個明顯的明顯的一級波速不連續(xù)界面：一級波速不連續(xù)界面：（1）莫霍洛維奇不連續(xù)面）莫霍洛維奇不連續(xù)面（簡稱莫霍面）（簡稱

15、莫霍面） 1909年由南斯拉夫學者年由南斯拉夫學者莫霍洛莫霍洛維奇發(fā)現(xiàn)，其深度在維奇發(fā)現(xiàn)，其深度在大陸之下平均大陸之下平均33km處，在處，在大洋之下平均為大洋之下平均為7km。特點：特點：在該界面附近，縱波速度在該界面附近，縱波速度由由7kms突然增加到突然增加到8.1kms，橫波從橫波從4.2kms突然增至突然增至4.4kms。該面之上的部分為該面之上的部分為地殼。地殼。 16 一一 地球的內部圈層劃分地球的內部圈層劃分 1 地球內部主要波速不連續(xù)界面地球內部主要波速不連續(xù)界面（2）古登堡不連續(xù)面（簡稱古登堡面）古登堡不連續(xù)面（簡稱古登堡面） 是是1914年由美國的古登堡首次發(fā)現(xiàn)，年由美國

16、的古登堡首次發(fā)現(xiàn)，這個面位于地下這個面位于地下2885km的深處。的深處。 特點：特點：在該面上下，縱波速度由在該面上下，縱波速度由13.64km s突然降低為突然降低為7.98kms，而橫波由而橫波由7.23km向下突然消失。到了向下突然消失。到了5155km處又出現(xiàn)。處又出現(xiàn)。 通常把古登堡面以上至莫霍面通常把古登堡面以上至莫霍面之間部分稱為之間部分稱為地幔地幔，古登堡面古登堡面以下至地心的部分稱為以下至地心的部分稱為地核地核。17 一一 地球的內部圈層劃分地球的內部圈層劃分 此外，在地下此外，在地下6060250km250km深度帶深度帶內，地震波速降低內，地震波速降低5 51010，但

17、其上下無明顯變化，我們把這一地震波，但其上下無明顯變化，我們把這一地震波的低速帶所構成的圈層稱為的低速帶所構成的圈層稱為軟流圈軟流圈，軟流圈之上的部，軟流圈之上的部分由巖石構成，統(tǒng)稱為分由巖石構成，統(tǒng)稱為巖石圈。巖石圈。巖石圈包括哪些部分巖石圈包括哪些部分（？）（？）。18一一 地球的內部圈層劃分地球的內部圈層劃分 地球內部圈層特征地球內部圈層特征（1 1）地殼）地殼 地殼是莫霍面以上的地球表層，地殼是莫霍面以上的地球表層，其特征有：其特征有：a.a.厚度厚度：變化在變化在5 570km70km之間。其中之間。其中大陸地區(qū)厚度較大，平均大陸地區(qū)厚度較大，平均為為33km33km；大洋地區(qū)厚度較

18、小，平均約大洋地區(qū)厚度較小，平均約7km7km。總體的平。總體的平均厚度約均厚度約16km16km，b.b.體積：體積：占地球總體積的占地球總體積的1.551.55，僅，僅占地球總質量的占地球總質量的0.80.8。c.c.密度：密度：一般為一般為2.62.62.9g/cm2.9g/cm3 3。d.d.成分及狀態(tài)：成分及狀態(tài)：由固態(tài)巖石所組成，包括由固態(tài)巖石所組成，包括沉積巖、巖漿巖和變質巖三大巖類。沉積巖、巖漿巖和變質巖三大巖類。 19 一一 地球的內部圈層劃分地球的內部圈層劃分 地球內部圈層特征地球內部圈層特征（1 1）地殼）地殼（2）地幔（圈）：）地幔（圈）：是指莫霍面之下至古登堡面的部分

19、。是指莫霍面之下至古登堡面的部分。特征：特征：a.厚度：厚度：約約26502850km，占地球體積，占地球體積82.3； b. 密度：密度：3.55.1gcm3; c. 物質組成：物質組成：由固態(tài)物質組成，主要為由固態(tài)物質組成，主要為鐵鎂鐵鎂硅酸鹽礦物，頂部硅酸鹽礦物，頂部60250km為軟流圈；為軟流圈；d. 結構：結構：以以650km深度為界分為深度為界分為上地幔上地幔和和下地幔下地幔次級圈層。次級圈層。 20一一 地球的內部圈層劃分地球的內部圈層劃分 （一）地球內部圈層特征（一）地球內部圈層特征（1 1）地殼）地殼（2）地幔圈：）地幔圈：（3）地核：）地核：是古登堡面至地心的部分。是古登

20、堡面至地心的部分。特征有：特征有：a.體積：體積：占占地球的地球的16.2，質量質量占占31.3； b. 密度：密度：為為9.9812.5gcm3 ； c. 結構：結構：可分為三層，外核（可分為三層，外核（28854170km），液），液態(tài)，橫波不能通過，縱波大幅衰減，平均密度態(tài)，橫波不能通過，縱波大幅衰減，平均密度10.4gcm3；過渡層（過渡層（41705155km）呈過渡狀態(tài)；內核（）呈過渡狀態(tài)；內核（5155km地地心）為固態(tài)，平均密度心）為固態(tài)，平均密度12.9gcm3； d. 物質成分物質成分：以鐵鎳為：以鐵鎳為主（鐵和鎳的合金）。主（鐵和鎳的合金）。 21 （二）（二） 地殼的結

21、構和類型地殼的結構和類型 地殼是不均勻的，根據組成地殼的物質成份的差地殼是不均勻的，根據組成地殼的物質成份的差異、地殼的厚度和結構的不同，可將地殼劃分成：異、地殼的厚度和結構的不同，可將地殼劃分成：大大陸地殼陸地殼和和大洋地殼。大洋地殼。 地殼結構示意圖地殼結構示意圖 地殼結構示意圖221 大陸地殼大陸地殼陸殼陸殼：包括大陸及大陸架部分的地殼，包括大陸及大陸架部分的地殼，其特征有其特征有:（1） 結構與成分：結構與成分：具有雙層結構，具有雙層結構，即即上部：上部：硅鋁層硅鋁層和和下部：下部：硅鎂層硅鎂層，硅鋁層與花崗巖成分相近硅鋁層與花崗巖成分相近, , 也稱為也稱為花崗質層花崗質層；而硅鎂層

22、則與玄武巖成分相近，也稱為而硅鎂層則與玄武巖成分相近，也稱為玄武巖層玄武巖層; ;硅鋁層與硅鎂層之間的界面稱為硅鋁層與硅鎂層之間的界面稱為康拉德面康拉德面, ,厚度厚度1520km。（2） 地層變形特征：地層變形特征：由于經歷多次地殼運動，大部由于經歷多次地殼運動，大部分巖石發(fā)生變形（如褶皺、斷裂）。分巖石發(fā)生變形（如褶皺、斷裂）。 （3） 年齡：年齡：形成年代老，一般形成于形成年代老，一般形成于46億年億年前前。231 大陸地殼陸殼：大陸地殼陸殼：包括大陸及大陸架部分的包括大陸及大陸架部分的的地殼，其特征有的地殼，其特征有: 地殼結構示意圖24 (二二) 大洋地殼大洋地殼洋殼洋殼：（1） 結

23、構：結構：單層結構，由單層結構，由硅鎂層硅鎂層組成，缺失硅鋁層組成，缺失硅鋁層（2） 組成：組成：除上覆極薄沉積物之外，幾乎由富含除上覆極薄沉積物之外，幾乎由富含F(xiàn)e、Mg 的火山巖、橄欖巖（即硅鎂層）組成。的火山巖、橄欖巖（即硅鎂層）組成。 （3） 厚度特征：厚度特征：厚度有一定的變化，如西太平洋較厚度有一定的變化，如西太平洋較厚，平均為厚，平均為8.3km，東太平洋為，東太平洋為5.8km，洋中脊處可，洋中脊處可達達10km以上，全球洋殼平均厚度以上，全球洋殼平均厚度68km。 （4） 年齡：年齡：洋殼巖石一般很年輕，最老的洋殼形成洋殼巖石一般很年輕，最老的洋殼形成于于2億年前，大部分則形

24、成于億年前，大部分則形成于1億億年以來（？）年以來（？）。 25 （三（三 ）地殼的重力均衡）地殼的重力均衡 地殼為適應重力的作用而不斷調整達到平衡的現(xiàn)象地殼為適應重力的作用而不斷調整達到平衡的現(xiàn)象。一般來說，一般來說，重力異常越高，地殼越薄，莫霍面越重力異常越高，地殼越薄，莫霍面越（淺（淺深？）深？），反之，地殼越厚，莫霍面越反之，地殼越厚，莫霍面越（淺深？）（淺深？）。這種現(xiàn)象反映了地表質量的過剩（地形隆起）由地殼這種現(xiàn)象反映了地表質量的過剩（地形隆起）由地殼深處質量虧損（莫霍面的下凹）所補償。深處質量虧損（莫霍面的下凹）所補償。 通常來講，在大陸地區(qū)內部表現(xiàn)為負異常，山脈的重力異常值表現(xiàn)

25、為負異常（低高？）， 反映山脈地區(qū)地殼厚，莫霍面下凹（淺深？）（淺深？） ，仿佛存在著“山根”；而盆地或平原地區(qū)重力異常（低高？），反映其地殼變薄，莫霍面變淺，形成“反山根”，因此，地形高程地形高程與莫霍面起伏形成一種類似鏡像相對稱的關系。 26 地殼均衡現(xiàn)象總是在不斷發(fā)生著，地殼均衡現(xiàn)象總是在不斷發(fā)生著，最近最近1萬年來萬年來： 斯堪地納維亞半島因冰雪消融上升了斯堪地納維亞半島因冰雪消融上升了250m； 格陵蘭因冰雪覆蓋而持續(xù)下沉著；格陵蘭因冰雪覆蓋而持續(xù)下沉著； 此外，美國科羅拉多河上的此外，美國科羅拉多河上的湖弗水庫湖弗水庫積累了積累了240億噸水和沉億噸水和沉積物，自積物，自1935以

26、來，使得水庫周圍形成了一個大致圓形的地以來，使得水庫周圍形成了一個大致圓形的地殼沉陷區(qū)，最大沉降量為殼沉陷區(qū)，最大沉降量為1.7m。 27第五節(jié)第五節(jié) 地球的能量和地震地球的能量和地震 （一）地溫場及地球的溫度（一）地溫場及地球的溫度 1 地溫場（地熱場）：地溫場（地熱場）：是指地球內部各層中溫度的分布狀態(tài)，是指地球內部各層中溫度的分布狀態(tài)，是地球內部空間各點在某一瞬間的溫度總和。是地球內部空間各點在某一瞬間的溫度總和。 2 地殼淺層溫度分層：地殼淺層溫度分層：由表至內大致可分為三層由表至內大致可分為三層（1）變溫層（外熱層）：）變溫層（外熱層）：距地表平均厚度為距地表平均厚度為15m，主要受太，主要受太陽輻射熱的影響，其溫度有晝夜變化、季節(jié)變化和年周期變化陽輻射熱的影響，其溫度有晝夜變化、季節(jié)變化和年周期變化等。等。（2）常溫層：）常溫層：一般在變溫